跟我來(lái)！用i.MX 8M和JN5189，快速實(shí)現Zigbee和Matter的網(wǎng)絡(luò )橋接

本文將介紹Matter對網(wǎng)絡(luò )橋接功能的支持，并探討在Matter提供的例程基礎上如何使用i.MX 8M和JN5189實(shí)現Zigbee網(wǎng)絡(luò )和Matter網(wǎng)絡(luò )之間的橋接，從而將Zigbee設備連接到Matter網(wǎng)絡(luò )?？靵?lái)一探究竟吧！

Matter橋接原理

Matter是新一代的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)議，與傳統的Z-Wave或Zigbee網(wǎng)絡(luò )協(xié)議相比，它在安全性、互操作性方面有很大的改進(jìn)。特別是對多種物理層的支持，讓Matter幾乎能夠運行在所有的網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品中。

當然，傳統的Z-Wave或Zigbee產(chǎn)品并不會(huì )很快退出市場(chǎng)，如何將這些產(chǎn)品連接到Matter網(wǎng)絡(luò )，從而實(shí)現它們和Matter產(chǎn)品之間的互連互通，是目前急需解決的一個(gè)問(wèn)題。我們可以通過(guò)Matter橋接設備（Bridge）實(shí)現Matter和傳統網(wǎng)絡(luò )之間的互連。 

圖1：Matter橋接示意圖

幸運的是，Matter開(kāi)發(fā)組織已經(jīng)提供了一些Matter橋接設備的例程。在這些例程中，Matter橋接設備作為一個(gè)Matter設備可以加入到Matter網(wǎng)絡(luò )，而Z-Wave或Zigbee設備需要被映射到它的動(dòng)態(tài)端點(diǎn)（dynamic endpoint）中。這樣Matter網(wǎng)絡(luò )的其它設備就可以通過(guò)Matter橋接設備的動(dòng)態(tài)端點(diǎn)來(lái)跟Z-Wave或Zigbee設備通信，如下圖所示。這些端點(diǎn)被稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)端點(diǎn)”的原因是Zigbee設備隨時(shí)可能離網(wǎng)，原先映射端點(diǎn)也就不再有效。

本文將以Zigbee網(wǎng)絡(luò )為例，以i.MX 8M EVK和JN5189 DK6 EVK為硬件開(kāi)發(fā)平臺，介紹如何在例程基礎上添加代碼，來(lái)實(shí)現Zigbee網(wǎng)絡(luò )的橋接功能。                          

圖2：將Zigbee設備映射到Matter橋接設備

i.MX 8M和JN5189介紹

i.MX 8M系列應用處理器基于A(yíng)rm Cortex-A53和Cortex-M4內核，具有業(yè)界領(lǐng)先的音頻，語(yǔ)音和視頻處理功能，適用于從消費家庭音頻到工業(yè)樓宇自動(dòng)化及移動(dòng)計算機等廣泛應用。作為Matter設備，i.MX 8M EVK配合其板載的藍牙、Wi-Fi以及LAN接口，可以輕松實(shí)現Matter over Wi-Fi和Matter over Ethernet通訊。借助于外掛的K32W061 USB dongle，還可以實(shí)現Matter over Thread通訊。本文使用其Matter over Wi-Fi方式作為Matter設備。

JN5189是為極低功耗無(wú)線(xiàn)設備設計的高性能超低功耗微控制器，搭載了802.15.4 PHY和MAC，以及AES 128硬件加解密模塊，支持Zigbee、Thread以及Matter等多種協(xié)議。本文使用Zigbee協(xié)議，將其作為Zigbee協(xié)調器來(lái)實(shí)現橋接功能。

硬件連接

本文中我們使用兩塊i.MX 8M EVK和一個(gè)Wi-Fi路由器組件Matter網(wǎng)絡(luò )，其中一塊i.MX 8M EVK作為Matter網(wǎng)絡(luò )控制器 (Commissioner) 運行chip-tool，另外一塊i.MX 8M EVK作為Matter網(wǎng)橋設備，運行Matter橋接設備軟件imx-chip-brige-app。

Matter網(wǎng)橋設備中通過(guò)USB端口連接了一個(gè)JN5189的Zigbee協(xié)調器，Matter橋接設備軟件需要同時(shí)支持Matter設備的功能以及管理Zigbee網(wǎng)絡(luò )的功能。另外，我們使用JN5189 DK6 EVK的OM15076-3 / OM15081-2組合板充當Zigbee設備。 

圖3：硬件搭建示意圖

軟件設計

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Zigbee設備管理

本文的設計中，Matter橋接設備作為Zigbee網(wǎng)絡(luò )的協(xié)調器，因此它需要管理Zigbee網(wǎng)絡(luò )的組建和Zigbee設備的入網(wǎng)，離網(wǎng)，命令控制及綁定等操作。同時(shí)它需要維護一個(gè)Zigbee設備的本地數據庫。如圖4中的ZCB模塊。

為了便于本文的討論，我們將Zigbee設備簡(jiǎn)單地分為兩類(lèi)。一類(lèi)是控制設備，它接受協(xié)調器的命令并做出動(dòng)作，這類(lèi)設備通常是Zigbee 路由器（Router）。另外一類(lèi)是傳感器設備，這類(lèi)設備通常是Zigbee 終端設備（End Device），常常處于睡眠狀態(tài)，有時(shí)會(huì )利用喚醒的間隔發(fā)送數據包到協(xié)調器。

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Matter橋接設備對Zigbee設備的控制

下面分別討論Matter橋接設備對這兩類(lèi)設備的不同處理:

Matter橋接設備對Zigbee控制設備

的命令解析及傳遞

已入網(wǎng)的Zigbee設備會(huì )被映射到Matter設備的動(dòng)態(tài)端點(diǎn)中，這樣Matter網(wǎng)絡(luò )控制器對Zigbee設備的控制會(huì )發(fā)送到這些端點(diǎn)。對于Zigbee控制類(lèi)設備，橋接設備需要通過(guò)Zigbee協(xié)調器正確地將這些命令轉發(fā)給它們。

如圖4中的Level Control和OnOff Control命令。需要注意的是由于Level Control Cluster里的MoveToLevel命令具有延時(shí)特性，如下圖的Transition time，我們可以利用Matter協(xié)議棧里的PreCommandCallback回調函數來(lái)獲取命令的詳細參數。

對于不帶延時(shí)特性的命令，我們可以直接從例程提供的AttributeChangeCallback接口里獲取。 

圖4：Zigbee cluster規范里的MoveToLevel命令參數圖

對于這類(lèi)Zigbee控制設備，設計的軟件框圖如下：

圖5：發(fā)送控制命令到Zigbee 路由設備的橋接設備軟件框圖

Matter橋接設備對Zigbee傳感器設備

屬性匯報的管理

對于Zigbee傳感器類(lèi)設備，可以在設備入網(wǎng)時(shí)就進(jìn)行綁定（bind）操作，這樣Zigbee協(xié)調器就能定期收到屬性數據匯報（attribute report）。同時(shí)，Matter控制設備也需要通過(guò)subscribe命令將其映射的端點(diǎn)和Cluster綁定到Matter控制設備。這樣通過(guò)兩次綁定，Zigbee傳感器的數據最終會(huì )被推送到Matter控制設備。

對于這類(lèi)Zigbee傳感器設備，設計的軟件框圖如下：     

圖6：處理Zigbee 終端設備屬性匯報的橋接設備軟件框圖

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軟件測試

Matter橋接設備軟件的設計基于例程中的Linux平臺，它通過(guò)Wi-Fi路由器加入到運行Matter chip-tool的Matter控制設備，從而組建一個(gè)本地的Matter網(wǎng)絡(luò )。

配合Zigbee AN，我們分別利用：

• AN1247作為Zigbee協(xié)調器，組建Zigbee網(wǎng)絡(luò )并管理Zigbee設備

• AN1244里的照明設備作為Zigbee控制設備接收OnOff、MoveToLevel、MoveToColor等命令

• AN1246里的溫度傳感器作為Zigbee傳感器設備采集溫度數據

通過(guò)Matter橋接設備，實(shí)現了Matter控制器對Zigbee照明設備的控制，同時(shí)獲取到由Zigbee傳感器推送的實(shí)時(shí)溫度數據。